JP2016509777A - Ultrasonic transducer electrode assembly - Google Patents

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Abstract

本発明は、超音波トランスデューサの製造方法を提供する。第1側と該第1側とは反対の第2側とを有する基材が提供される。該基材の第1側には下部電極が形成される。下部電極には圧電素子が形成される。該圧電素子は面取側壁を有する。該圧電素子にわたって上部電極が形成される。該圧電素子の面取側壁に最も近い上部電極の一部にわたってステップ金属部材が形成される。The present invention provides a method for manufacturing an ultrasonic transducer. A substrate having a first side and a second side opposite the first side is provided. A lower electrode is formed on the first side of the substrate. A piezoelectric element is formed on the lower electrode. The piezoelectric element has a chamfered side wall. An upper electrode is formed over the piezoelectric element. A step metal member is formed over a portion of the upper electrode closest to the chamfered side wall of the piezoelectric element.

Description

技術分野
本発明は、一般に、血管内超音波(IVUS)画像化に関し、特に、超音波トランスデューサの電極アセンブリに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to intravascular ultrasound (IVUS) imaging, and more particularly to an electrode assembly for an ultrasound transducer.

背景
血管内超音波(IVUS)イメージングは、治療の必要性を決定し、インターベンションを案内し、及び/又はその有効性を評価するために、ヒトの体内における動脈などの血管を評価するための診断ツールとして心臓インターベンションで広く使用されている。IVUS画像化システムは、超音波エコーを使用して関心のある血管の断面画像を生成する。典型的には、IVUS画像化は、超音波信号(電磁波)を放射し、かつ、反射した超音波信号を受信するIVUSカテーテル上のトランスデューサを使用する。放射された超音波信号(超音波パルスと呼ばれる場合が多い)は、大部分の組織及び血液を容易に通過するが、組織構造(血管壁の様々な層など)、赤血球及び関心のある他の特徴により生じるインピーダンス変化によって部分的に反射する。患者インターフェースモジュール(PIM)によってIVUSカテーテルに接続されるIVUS画像化システムは、受信された超音波シグナル(超音波エコーと呼ばれる場合が多い)を処理して、IVUSカテーテルが配置されている血管の断面画像を生成する。
Background Intravascular ultrasound (IVUS) imaging is used to evaluate blood vessels such as arteries in the human body to determine treatment needs, guide interventions, and / or assess their effectiveness. Widely used in cardiac intervention as a diagnostic tool. The IVUS imaging system uses ultrasound echoes to generate a cross-sectional image of the blood vessel of interest. Typically, IVUS imaging uses a transducer on an IVUS catheter that emits ultrasound signals (electromagnetic waves) and receives reflected ultrasound signals. Radiated ultrasound signals (often referred to as ultrasound pulses) easily pass through most tissues and blood, but do not allow tissue structures (such as various layers of the vessel wall), red blood cells, and other interests of interest. It is partially reflected by impedance changes caused by features. An IVUS imaging system connected to an IVUS catheter by a patient interface module (PIM) processes a received ultrasound signal (often referred to as ultrasound echo) to cross-section the vessel in which the IVUS catheter is located. Generate an image.

IVUSカテーテルは、典型的には、超音波信号を送信し、反射した超音波信号を受信するために1個以上のトランスデューサを使用する。これらのトランスデューサは、トランスデューサに電気信号を適用するために使用される電極を有する。しかし、トランスデューサ用の電極を形成する既存の技術には、ある種の欠点がある場合がある。例えば、従来のトランスデューサの電極は、不連続性の問題に悩まされる場合がある。   IVUS catheters typically use one or more transducers to transmit ultrasound signals and receive reflected ultrasound signals. These transducers have electrodes that are used to apply electrical signals to the transducers. However, existing techniques for forming electrodes for transducers may have certain drawbacks. For example, conventional transducer electrodes may suffer from discontinuity problems.

したがって、トランスデューサ電極を形成させる従来の方法は、それらの意図された目的では一般に適切ではあったが、あらゆる面で完全に満足できるものではなかった。   Thus, conventional methods of forming transducer electrodes have generally been adequate for their intended purpose, but have not been completely satisfactory in all respects.

概要
超音波トランスデューサは、人体内部の病状を評価するのに役立つ血管内超音波(IVUS)画像化で使用されている。その操作の一部として、超音波トランスデューサは、トランスデューサに電気信号を適用するために使用される電極を有する。しかし、従来の超音波トランスデューサは、電極の不連続性などの欠点に悩まされており、この不連続性は、トランスデューサの目的の電気的操作を妨害する場合がある。本発明は、従来の超音波トランスデューサに関連する電極の不連続性の問題を克服するためにステップ金属部材を利用する超音波トランスデューサに関する。より詳しくは、超音波トランスデューサは、上部電極と下部電極との間に挟まれた圧電体膜を有する。上部電極は、圧電体膜の上面及び側壁上に配置される。圧電体膜の側壁に位置する上部電極の部分は、不連続の問題に悩まされる傾向がある。したがって、上部電極の側壁部分上にステップ金属部材(上部電極自体と同じ材料組成を有する)が形成される。ステップ金属部材は、電気的不連続性が上部電極の側壁部に発生した場合にブリッジとして機能する。
Overview Ultrasonic transducers are used in intravascular ultrasound (IVUS) imaging to help assess internal medical conditions. As part of its operation, an ultrasonic transducer has electrodes that are used to apply electrical signals to the transducer. However, conventional ultrasonic transducers suffer from drawbacks such as electrode discontinuities, which can interfere with the intended electrical operation of the transducer. The present invention relates to an ultrasonic transducer that utilizes a step metal member to overcome the electrode discontinuity problem associated with conventional ultrasonic transducers. More specifically, the ultrasonic transducer has a piezoelectric film sandwiched between an upper electrode and a lower electrode. The upper electrode is disposed on the upper surface and the side wall of the piezoelectric film. The portion of the upper electrode located on the side wall of the piezoelectric film tends to suffer from discontinuity problems. Therefore, a step metal member (having the same material composition as the upper electrode itself) is formed on the side wall portion of the upper electrode. The step metal member functions as a bridge when an electrical discontinuity occurs on the side wall of the upper electrode.

本発明は、血管内超音波(IVUS)画像化で使用するための超音波トランスデューサの様々な実施形態を提供する。典型的な超音波トランスデューサは、基材と、該基材に配置された下部電極と、該下部電極に配置された圧電素子と、該圧電素子の上面及び側壁に少なくとも配置された上部電極と、該上部電極の側壁に配置されたステップ金属部材とを備える。   The present invention provides various embodiments of ultrasonic transducers for use in intravascular ultrasound (IVUS) imaging. A typical ultrasonic transducer includes a substrate, a lower electrode disposed on the substrate, a piezoelectric element disposed on the lower electrode, and an upper electrode disposed at least on an upper surface and a sidewall of the piezoelectric element; A step metal member disposed on a side wall of the upper electrode.

本発明は、超音波システムをさらに提供する。この超音波システムは、可撓性細長部材と、該細長部材の遠位端部に連結された圧電マイクロ機械加工超音波トランスデューサ(PMUT)とを含む画像化部品を備える。PMUTは、前面と該第1面とは反対側の裏面とを有する基材と、該基材に配置され、該基材の裏面から該基材の該前面に延在するがただしそれを越えないウェルであって、少なくとも部分的に裏打ち材料が充填されたものと、該ウェルに配置されたトランスデューサ膜であって、上部電極と下部電極との間に配置された圧電素子を備えるものと、該圧電素子の側壁に配置されたステップ金属部材とを備える。また、超音波システムは、細長部材の近位端部に係合するように構成されたインターフェースモジュール及び該インターフェースモジュールと通信する超音波処理部品も備える。   The present invention further provides an ultrasound system. The ultrasound system includes an imaging component that includes a flexible elongate member and a piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (PMUT) coupled to the distal end of the elongate member. The PMUT has a substrate having a front surface and a back surface opposite to the first surface, and is disposed on the substrate and extends from the back surface of the substrate to the front surface of the substrate, but beyond A non-well, at least partially filled with a backing material, and a transducer film disposed in the well comprising a piezoelectric element disposed between the upper and lower electrodes; A step metal member disposed on a side wall of the piezoelectric element. The ultrasound system also includes an interface module configured to engage the proximal end of the elongate member and an ultrasound processing component in communication with the interface module.

本発明はさらに、超音波トランスデューサを形成する方法を提供する。この方法は、第1側及び該第1側とは反対の第2側を有する基材を準備し;該基材の第1側に下部電極を形成し;該下部電極に、面取側壁を有する圧電素子を形成し;該圧電素子に上部電極を形成し;該圧電素子の該面取側壁に最も近い上部電極の部分にステップ金属部材を形成することを含む。   The present invention further provides a method of forming an ultrasonic transducer. The method comprises providing a substrate having a first side and a second side opposite the first side; forming a lower electrode on the first side of the substrate; and forming a chamfered sidewall on the lower electrode. Forming an upper electrode on the piezoelectric element; and forming a step metal member on a portion of the upper electrode closest to the chamfered sidewall of the piezoelectric element.

前述の一般的な説明及び次の詳細な説明の両方は、性質が例示的かつ説明的であり、本発明の範囲を限定することなく本発明の理解を与えることを目的とするものである。この点に関して、本発明の追加の態様、特徴、及び利点は、次の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。   Both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory in nature and are intended to provide an understanding of the invention without limiting the scope of the invention. In this regard, additional aspects, features, and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description.

本発明の態様は、次の詳細な説明から、添付の図と共に読むと最もよく理解される。斯界での標準的な慣行に従って、様々な特徴は一定の縮尺で描かれていないことを強調しておく。実際には、様々な特徴の寸法は、議論を明確にするために任意に拡大又は縮小できる。さらに、本発明は、様々な例において参照数字及び/又は文字を繰り返すことができる。この繰り返しは、単純さ及び明瞭さの目的のためであり、それ自体は議論された様々な実施形態及び/又は構成間の関係を規定するものではない。   Aspects of the invention are best understood from the following detailed description when read with the accompanying figures. It is emphasized that the various features are not drawn to scale, according to standard practice in the art. In practice, the dimensions of the various features can be arbitrarily expanded or reduced for clarity of discussion. Furthermore, the present invention can repeat reference numerals and / or letters in various examples. This repetition is for purposes of simplicity and clarity and as such is not intended to prescribe the relationship between the various embodiments and / or configurations discussed.

図1は、本発明の様々な態様に係る血管内超音波(IVUS)画像化システムの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an intravascular ultrasound (IVUS) imaging system according to various aspects of the present invention. 図2は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view of an ultrasonic transducer at different stages of manufacture according to various aspects of the present invention. 図3は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional side view of an ultrasonic transducer at different stages of manufacture according to various aspects of the present invention. 図4は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional side view of an ultrasonic transducer at different stages of manufacture in accordance with various aspects of the present invention. 図5は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional side view of an ultrasonic transducer at different stages of manufacture in accordance with various aspects of the present invention. 図6は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional side view of an ultrasonic transducer at different stages of manufacture in accordance with various aspects of the present invention. 図7は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional side view of an ultrasonic transducer at different stages of manufacture according to various aspects of the present invention. 図8は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional side view of an ultrasonic transducer at different stages of manufacture according to various aspects of the present invention. 図9は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional side view of an ultrasonic transducer at different stages of manufacture according to various aspects of the present invention. 図10は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional side view of an ultrasonic transducer at different stages of manufacture in accordance with various aspects of the present invention. 図11は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional side view of an ultrasonic transducer at different stages of manufacture according to various aspects of the present invention. 図12は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional side view of an ultrasonic transducer at different stages of manufacture in accordance with various aspects of the present invention. 図13は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional side view of an ultrasonic transducer at different stages of manufacture according to various aspects of the present invention. 図14は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階での超音波トランスデューサの概略断面側面図である。FIG. 14 is a schematic cross-sectional side view of an ultrasonic transducer at different stages of manufacture in accordance with various aspects of the present invention. 図15は、本発明の様々な態様に係るトランスデューサの一部の概略上面図である。FIG. 15 is a schematic top view of a portion of a transducer in accordance with various aspects of the present invention. 図16Aは、本発明の様々な態様に係るビアの概略上面図である。FIG. 16A is a schematic top view of a via according to various aspects of the present invention. 図16B−Cは、本発明の様々な態様に係るビアの概略上面図である。16B-C are schematic top views of vias according to various aspects of the present invention. 図16D−Eは、本発明の様々な態様に係るビアの概略上面図である。16D-E are schematic top views of vias according to various aspects of the present invention. 図17は、本発明の様々な態様に係るトランスデューサを製造する方法のフローチャートである。FIG. 17 is a flowchart of a method of manufacturing a transducer according to various aspects of the present invention.

詳細な説明
本発明の原理の理解を進める目的で、図面に示された実施形態を参照し、特定の用語を同じものを説明するために使用する。それにもかかわらず、本発明の範囲の限定を意図するものではないことが分かるであろう。説明する装置、システム及び方法の任意の変更及びさらなる改変、並びに本発明の原理のさらなる適用が完全に意図され、かつ、本発明の範囲内に含まれる。この開示が関連する当業者であれば通常思いつくと考えられるからである。例えば、本発明は、心臓血管イメージングに関して記載される超音波画像化を提供するが、このような記載はこの用途に限定することを目的とするものではないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、超音波画像化システムは、血管内画像化システムを包含する。この画像化システムは、同様に小さな空洞内での画像化を必要とする任意の用途にも適している。特に、一実施形態に関して説明した特徴、構成要素及び/又は工程を、本発明の他の実施形態に関して説明した特徴、構成要素及び/又は工程と組み合わせることができることが完全に意図される。しかしながら、単純化のため、これらの組み合わせの多数の反復は別々には説明しない。
DETAILED DESCRIPTION For the purposes of promoting an understanding of the principles of the invention, reference will now be made to the embodiments illustrated in the drawings and specific language will be used to describe the same. It will nevertheless be understood that no limitation of the scope of the invention is intended. Any changes and further modifications in the described apparatus, systems and methods, as well as further applications of the principles of the present invention are fully contemplated and within the scope of the present invention. This is because those skilled in the art to which this disclosure is related will normally be devised. For example, although the present invention provides ultrasound imaging as described with respect to cardiovascular imaging, it should be understood that such description is not intended to be limited to this application. In some embodiments, the ultrasound imaging system includes an intravascular imaging system. This imaging system is also suitable for any application that requires imaging within a small cavity as well. In particular, it is fully contemplated that the features, components and / or processes described with respect to one embodiment can be combined with the features, components and / or processes described with respect to other embodiments of the invention. However, for simplicity, the multiple iterations of these combinations are not described separately.

現在、次の2種類のカテーテルが一般的に使用されている:ソリッドステート型及び回転型。典型的なソリッドステートカテーテルは、カテーテルの周囲に分配され、かつ、電子マルチプレクサ回路に接続されたトランスデューサ(通常は64個)のアレイを使用する。マルチプレクサ回路は、超音波信号を送信し、反射された超音波信号を受信するためにアレイからトランスデューサを選択する。一連の送信・受信トランスデューサ対をステップスルーすることで、ソリッドステートカテーテルは、機械的に走査されたトランスデューサ素子の効果を合成することができる(ただし、可動部品なしで)。いかなる回転機械部品も存在しないので、トランスデューサアレイは、最小の血管外傷リスクで、血液及び血管組織に直接接触して配置でき、ソリッドステートスキャナは、単純な電気ケーブル及び標準的な取り外し可能電気コネクタで画像化システムに直接配線できる。   Currently, two types of catheters are commonly used: solid-state and rotary. A typical solid state catheter uses an array of transducers (usually 64) distributed around the catheter and connected to an electronic multiplexer circuit. The multiplexer circuit transmits an ultrasonic signal and selects a transducer from the array for receiving the reflected ultrasonic signal. By stepping through a series of transmit / receive transducer pairs, the solid state catheter can synthesize the effects of mechanically scanned transducer elements (but without moving parts). Because there are no rotating mechanical parts, the transducer array can be placed in direct contact with blood and vascular tissue with minimal risk of vascular trauma, and the solid state scanner can be configured with simple electrical cables and standard removable electrical connectors. Can be wired directly to the imaging system.

典型的な回転カテーテルは、目的の血管に挿入されるシース内部で回転する可撓性ドライブシャフトの先端部に位置する単一のトランスデューサを備える。トランスデューサは、典型的には、超音波信号がカテーテルの軸に対して略垂直に伝播するように配向される。典型的な回転カテーテルでは、液体で満たされた(例えば、生理食塩水で満たされた)シースは、回転するトランスデューサ及びドライブシャフトから血管組織を保護すると共に、超音波信号がトランスデューサから組織に自由に伝播し、そして戻ることを可能にする。ドライブシャフトが回転すると(例えば、毎秒30回転で)、トランスデューサは、高電圧パルスで周期的に励起されて短い超音波バーストを放出する。超音波信号は、トランスデューサから、流体が充填されたシース及びシースの壁を通ってドライブシャフトの回転軸に対して略垂直方向に放射される。その後、同じトランスデューサは、様々な組織構造から反射した戻り超音波信号を待ち、画像化システムは、トランスデューサの単一回転の間に生じるこれらの超音波パルス/エコー取得シーケンスの数百のシーケンスから血管断面の二次元画像を組み立てる。   A typical rotating catheter comprises a single transducer located at the distal end of a flexible drive shaft that rotates within a sheath that is inserted into a target vessel. The transducer is typically oriented so that the ultrasound signal propagates substantially perpendicular to the axis of the catheter. In a typical rotating catheter, a fluid-filled (eg, saline-filled) sheath protects vascular tissue from the rotating transducer and drive shaft, and frees ultrasonic signals from the transducer to the tissue. Allows propagation and return. As the drive shaft rotates (eg, at 30 revolutions per second), the transducer is periodically excited with high voltage pulses to emit short ultrasonic bursts. The ultrasonic signal is emitted from the transducer through a fluid-filled sheath and the sheath wall in a direction substantially perpendicular to the rotational axis of the drive shaft. The same transducer then waits for the return ultrasound signal reflected from the various tissue structures, and the imaging system is used for blood vessels from hundreds of these ultrasound pulse / echo acquisition sequences that occur during a single rotation of the transducer. Assemble a two-dimensional image of the cross section.

図1は、本発明の様々な態様に係る超音波画像化システム100の概略図である。いくつかの実施形態では、超音波画像化システム100は、血管内超音波画像化システム(IVUS)を含む。IVUS画像化システム100は、患者インターフェースモジュール(PIM)104によってIVUS制御システム106に接続されたIVUSカテーテル102を備える。制御システム106は、IVUS画像(IVUSシステム100により生成される画像など)を表示するモニタ108に接続されている。   FIG. 1 is a schematic diagram of an ultrasound imaging system 100 in accordance with various aspects of the present invention. In some embodiments, the ultrasound imaging system 100 includes an intravascular ultrasound imaging system (IVUS). The IVUS imaging system 100 includes an IVUS catheter 102 connected to an IVUS control system 106 by a patient interface module (PIM) 104. The control system 106 is connected to a monitor 108 that displays IVUS images (such as images generated by the IVUS system 100).

いくつかの実施形態では、IVUSカテーテル102は回転IVUSカテーテルであり、これは、ボルカノ社から入手できるRevolution(登録商標)回転IVUS画像化カテーテル及び/又は米国特許第5243988号及び米国特許第5546948号に開示された回転IVUSカテーテルと同様のものであってよい。これらの文献の両方をその全体について参照により本明細書に援用する。カテーテル102は、血管の内腔への挿入のために成形されかつ構成された細長い可撓性カテーテルシース110(近位端部114及び遠位端部116を有する)を備える(図示せず)。カテーテル102の縦軸LAは、近位端部114と遠位端部116との間に延在する。カテーテル102は、使用中に血管の湾曲に適応することができるように可撓性である。この点に関し、図1に示される湾曲構成は、例示を目的とするものであり、決して他の実施形態においてカテーテル102が曲線的であることができる態様に限定するものではない。一般に、カテーテル102は、使用時に任意の所望の直線状又は弧状輪郭となるように構成できる。   In some embodiments, the IVUS catheter 102 is a rotating IVUS catheter, which is a Revolution® rotating IVUS imaging catheter available from Volcano Corporation and / or US Pat. No. 5,243,998 and US Pat. No. 5,546,948. It may be similar to the disclosed rotating IVUS catheter. Both of these documents are hereby incorporated by reference in their entirety. The catheter 102 includes an elongate flexible catheter sheath 110 (having a proximal end 114 and a distal end 116) shaped and configured for insertion into the lumen of a blood vessel (not shown). The longitudinal axis LA of the catheter 102 extends between the proximal end 114 and the distal end 116. The catheter 102 is flexible so that it can accommodate the curvature of the blood vessel during use. In this regard, the curved configuration shown in FIG. 1 is for illustrative purposes and is in no way limited to the manner in which the catheter 102 can be curved in other embodiments. In general, the catheter 102 can be configured to have any desired straight or arcuate profile in use.

シース110内には回転イメージングコア112が延在している。イメージングコア112は、シース110の近位端部114内に配置された近位端部118と、シース110の遠位端部116内に配置された遠位端部120とを有する。シース110の遠位端部116及びイメージングコア112の遠位端部120は、IVUS画像化システム100の動作中に目的の血管内に挿入される。カテーテル102の使用可能な長さ(例えば、患者、特に目的の血管に挿入できる部分)は、任意の好適な長さとすることができ、用途に応じて変更できる。シース110の近位端部114及びイメージングコア112の近位端部118は、インターフェースモジュール104に接続される。近位端部114、118は、インターフェースモジュール104に取り外し可能に接続されたカテーテルハブ124に取り付けられている。カテーテルハブ124は、カテーテル102とインターフェースモジュール104との間に電気的及び機械的接続を与える回転インターフェースを容易にしかつ支持する。   A rotating imaging core 112 extends within the sheath 110. The imaging core 112 has a proximal end 118 disposed within the proximal end 114 of the sheath 110 and a distal end 120 disposed within the distal end 116 of the sheath 110. The distal end 116 of the sheath 110 and the distal end 120 of the imaging core 112 are inserted into the target vessel during operation of the IVUS imaging system 100. The usable length of the catheter 102 (eg, the portion that can be inserted into the patient, particularly the target vessel) can be any suitable length and can vary depending on the application. The proximal end 114 of the sheath 110 and the proximal end 118 of the imaging core 112 are connected to the interface module 104. The proximal ends 114, 118 are attached to a catheter hub 124 that is removably connected to the interface module 104. The catheter hub 124 facilitates and supports a rotational interface that provides an electrical and mechanical connection between the catheter 102 and the interface module 104.

イメージングコア112の遠位端部120は、トランスデューサアセンブリ122を備える。トランスデューサアセンブリ122は、回転(モータ又は他の回転装置若しくは方法の使用によって)して血管の画像を取得するように構成される。トランスデューサアセンブリ122は、血管、特に血管内の狭窄を可視化するための任意の好適なタイプのものとすることができる。図示された実施形態では、トランスデューサアセンブリ122は、圧電マイクロ機械加工超音波トランスデューサ(「PMUT」)及び特定用途向け集積回路(ASIC)などの関連回路を備える。IVUSカテーテルに使用される代表的なPMUTは、米国特許第6641540号(その全体が参照により本明細書に援用される)に開示されているような高分子圧電体膜を備えることができる。PMUTトランスデューサは、最適な半径方向での解像度について75%を超える帯域幅及び最適な方位角及び仰角解像度について球状焦点開口を提供することができる。   The distal end 120 of the imaging core 112 includes a transducer assembly 122. The transducer assembly 122 is configured to rotate (by using a motor or other rotating device or method) to acquire an image of the blood vessel. The transducer assembly 122 can be of any suitable type for visualizing blood vessels, particularly stenosis within blood vessels. In the illustrated embodiment, the transducer assembly 122 comprises associated circuitry such as a piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (“PMUT”) and an application specific integrated circuit (ASIC). A typical PMUT used for IVUS catheters can include a polymeric piezoelectric film as disclosed in US Pat. No. 6,641,540, which is incorporated herein by reference in its entirety. The PMUT transducer can provide over 75% bandwidth for optimal radial resolution and a spherical focal aperture for optimal azimuth and elevation resolution.

また、トランスデューサアセンブリ122は、PMUTトランスデューサと、その中に配置される関連回路とを有するハウジングを備えることができ、ここで、該ハウジングは、PMUTトランスデューサによって生成される超音波信号が移動する開口部を有する。あるいは、トランスデューサアセンブリ122は、容量性マイクロ機械加工超音波トランスデューサ(「CMUT」)を含む。さらに別の実施形態では、トランスデューサアセンブリ122は、超音波トランスデューサアレイを備える(例えば、いくつかの実施形態では16、32、64又は128個の部材を有するアレイを使用する)。   The transducer assembly 122 can also include a housing having a PMUT transducer and associated circuitry disposed therein, wherein the housing is an opening through which an ultrasonic signal generated by the PMUT transducer travels. Have Alternatively, the transducer assembly 122 includes a capacitive micromachined ultrasonic transducer (“CMUT”). In yet another embodiment, the transducer assembly 122 comprises an ultrasonic transducer array (eg, some embodiments use an array having 16, 32, 64, or 128 members).

シース110内でのイメージングコア112の回転は、インターフェースモジュール104によって制御されるが、これにより、ユーザが操作できるユーザインタフェースコントロールが得られる。インターフェースモジュール104は、イメージングコア112を介して受信された情報を受信、分析及び/又は表示することができる。任意の好適な機能、制御、情報処理及び分析並びにディスプレイをインターフェースモジュール104に実装できることが分かるであろう。一例では、インターフェースモジュール104は、イメージングコア112により検出された超音波信号(エコー)に対応するデータを受信し、そして受信されたエコーデータを制御システム106に転送する。一例では、インターフェースモジュール104は、制御システム106にエコーデータを送信する前に、エコーデータの予備的処理を実行する。インターフェースモジュール104は、エコーデータの増幅、フィルタリング及び/又は総計を実行することができる。インターフェースモジュール104は、トランスデューサアセンブリ122内の回路を含めたカテーテル102の動作をサポートするために、高及び低電圧直流電力を供給することができる。   The rotation of the imaging core 112 within the sheath 110 is controlled by the interface module 104, which provides user interface controls that can be manipulated by the user. The interface module 104 can receive, analyze and / or display information received via the imaging core 112. It will be appreciated that any suitable function, control, information processing and analysis and display can be implemented in the interface module 104. In one example, the interface module 104 receives data corresponding to ultrasound signals (echoes) detected by the imaging core 112 and forwards the received echo data to the control system 106. In one example, the interface module 104 performs preliminary processing of echo data before sending the echo data to the control system 106. The interface module 104 may perform echo data amplification, filtering and / or aggregation. The interface module 104 can provide high and low voltage DC power to support the operation of the catheter 102 including circuitry within the transducer assembly 122.

いくつかの実施形態では、IVUS画像化システム100に関連する配線は、制御システム106からの信号をインターフェースモジュール104に伝達する及び/又はインターフェースモジュールからの信号を制御システムに伝達することができるように、制御システム106からインターフェースモジュール104に延びる。いくつかの実施形態では、制御システム106は、インターフェースモジュール104と無線で通信する。同様に、いくつかの実施形態では、IVUS画像化システム100に関連する配線は、制御システム106からの信号をモニタ108に及び/又はモニタから信号を制御システムに伝達することができるように、制御システム106からモニタ108に延在することが分かる。いくつかの実施形態では、制御システム106は、モニタ108と無線で通信する。   In some embodiments, the wiring associated with the IVUS imaging system 100 can communicate signals from the control system 106 to the interface module 104 and / or communicate signals from the interface module to the control system. , Extending from the control system 106 to the interface module 104. In some embodiments, the control system 106 communicates with the interface module 104 wirelessly. Similarly, in some embodiments, wiring associated with the IVUS imaging system 100 can control signals from the control system 106 to and / or from the monitor to the control system. It can be seen that it extends from the system 106 to the monitor 108. In some embodiments, the control system 106 communicates with the monitor 108 wirelessly.

図2〜14は、トランスデューサ200用の電極アセンブリを説明するための例示超音波トランスデューサ200の概略部分断面側面図である。図2〜14は、本発明の様々な態様に係る製造の異なる段階に相当する。図2〜14は、本発明の技術思想をよく理解するために明確化の目的で簡略化されている。   2-14 are schematic partial cross-sectional side views of an exemplary ultrasonic transducer 200 for illustrating an electrode assembly for the transducer 200. 2-14 correspond to different stages of manufacture according to various aspects of the invention. 2 to 14 are simplified for the sake of clarity in order to better understand the technical idea of the present invention.

超音波トランスデューサ200を、それぞれ、図1のIVUS画像化システム100、例えばトランスデューサアセンブリ122に含めることができる。超音波トランスデューサ200は、小さいサイズを有し、そして高解像度を実現するため、血管内イメージングに適している。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ200は、数十又は数百ミクロン程度の大きさを有し、約1メガヘルツ(MHz)〜約135MHzの周波数範囲で動作することができ、サブ50ミクロンの解像度を与えることができると共に、少なくとも10ミリメートル(mm)の深さの透過を与えることができる。さらに、超音波トランスデューサ200は、開発者がトランスデューサ開口の偏向深さに基づいて目標フォーカスエリアを定義し、それにより、表面特性を越えて血管の形態を画定するのに有用な画像を生成することを可能にするように成形される。超音波トランスデューサ200及びその製造の様々な態様を以下でより詳細に議論する。   Each ultrasonic transducer 200 may be included in the IVUS imaging system 100 of FIG. The ultrasonic transducer 200 is suitable for intravascular imaging because of its small size and high resolution. In some embodiments, the ultrasonic transducer 200 has a size on the order of tens or hundreds of microns, can operate in a frequency range of about 1 megahertz (MHz) to about 135 MHz, and is sub-50 micron. Resolution can be provided and transmission at a depth of at least 10 millimeters (mm) can be provided. In addition, the ultrasonic transducer 200 defines a target focus area based on the deflection depth of the transducer aperture, thereby generating an image useful for defining the vessel morphology beyond the surface characteristics. Is shaped to allow Various aspects of the ultrasonic transducer 200 and its manufacture are discussed in more detail below.

図示した実施形態では、超音波トランスデューサ200は、圧電マイクロ機械加工超音波トランスデューサ(PMUT)である。他の実施形態では、トランスデューサ200は、別のタイプのトランスデューサを含むことができる。追加の特徴を超音波トランスデューサ200に加えることができ、以下に説明する特徴のいくつかを超音波トランスデューサ200の追加の実施形態の代わりに使用し又は除去することができる。   In the illustrated embodiment, the ultrasonic transducer 200 is a piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (PMUT). In other embodiments, the transducer 200 can include other types of transducers. Additional features can be added to the ultrasonic transducer 200, and some of the features described below can be used or eliminated in place of additional embodiments of the ultrasonic transducer 200.

図2に示されるように、トランスデューサ200は、基材210を備える。基材210は、表面212と、該表面212とは反対側の表面214とを有する。また表面212を前面又は前側ということもでき、また、表面214を背面又は裏側ということもできる。図示された実施形態では、基材210は、シリコン微小電気機械システム(MEMS)基材である。基材210は、別の実施形態では、PMUTトランスデューサ200の設計要件に応じて他の好適な材料を含む。図示した実施形態では、基材210は、「低濃度ドープシリコン基材」である。言い換えれば、基材210は、ドーパントがわずかに添加されたシリコンウエハからなり、その結果、約1Ω/cm〜約1000Ω/cmの範囲の抵抗率を有する。「低濃度ドープシリコン基材」210の利点の一つは、例えば、純粋なシリコン又はドープされていないシリコン基材と比較して比較的安価であることである。もちろん、コストが懸念されるほど重要ではない別の実施形態では、純粋なシリコン又は非ドープシリコン基材を使用してもよいと解される。   As shown in FIG. 2, the transducer 200 includes a substrate 210. The substrate 210 has a surface 212 and a surface 214 opposite to the surface 212. The surface 212 can also be referred to as the front or front side, and the surface 214 can be referred to as the back side or the back side. In the illustrated embodiment, the substrate 210 is a silicon microelectromechanical system (MEMS) substrate. The substrate 210 includes other suitable materials in other embodiments, depending on the design requirements of the PMUT transducer 200. In the illustrated embodiment, the substrate 210 is a “lightly doped silicon substrate”. In other words, the substrate 210 consists of a silicon wafer with a slight addition of dopant, resulting in a resistivity in the range of about 1 Ω / cm to about 1000 Ω / cm. One advantage of the “lightly doped silicon substrate” 210 is that it is relatively inexpensive compared to, for example, pure silicon or an undoped silicon substrate. Of course, it is understood that in other embodiments where cost is not as critical, pure silicon or undoped silicon substrates may be used.

基材210は、別々に示されておらず、かつ、様々なマイクロエレクトロニクス要素を備えることができる電子回路を形成するように組み合わせることができる様々な層を有することができる。これらのマイクロエレクトロニクス要素としては、次のものが挙げられる:トランジスタ(例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、高電圧トランジスタ、高周波トランジスタ、p−チャネル及び/又はn−チャネル電界効果トランジスタ(PFET/NFET));抵抗器;ダイオード;コンデンサ;インダクタ;ヒューズ;及び/又は他の好適な部品。様々な層としては、高k誘電体層、ゲート層、ハードマスク層、界面層、キャップ層、拡散/バリア層、誘電体層、導電層、他の好適な層又はそれらの組合せが挙げられる。論理素子、メモリ素子(例えば、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM))、無線周波数(RF)装置、入力/出力(I/O)装置、システムオンチップ(SoC)デバイス、他の好適なタイプ装置又はそれらの組み合わせといった複数のマイクロエレクトロニクス要素を互いに相互接続して集積回路の一部を形成させることができる。   The substrate 210 can have various layers that are not shown separately and can be combined to form an electronic circuit that can comprise various microelectronic elements. These microelectronic elements include: transistors (eg, metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), complementary metal oxide semiconductor (CMOS) transistors, bipolar junction transistors (BJT), high voltages. Transistors, high frequency transistors, p-channel and / or n-channel field effect transistors (PFET / NFET)); resistors; diodes; capacitors; inductors; fuses; and / or other suitable components. The various layers include high-k dielectric layers, gate layers, hard mask layers, interface layers, cap layers, diffusion / barrier layers, dielectric layers, conductive layers, other suitable layers, or combinations thereof. Logic elements, memory elements (eg, static random access memory (SRAM)), radio frequency (RF) devices, input / output (I / O) devices, system-on-chip (SoC) devices, other suitable type devices, or A plurality of microelectronic elements, such as a combination, can be interconnected to form part of an integrated circuit.

基材210の初期厚み220が表面212と表面214との間で測定される。いくつかの実施形態では、初期厚み220は、約200ミクロン(μm)〜約1000μmの範囲である。   An initial thickness 220 of the substrate 210 is measured between the surface 212 and the surface 214. In some embodiments, the initial thickness 220 ranges from about 200 microns (μm) to about 1000 μm.

基材210の表面212及び214には誘電体層230が形成される。誘電体層230は、熱酸化法、低温酸化物堆積法、化学気相堆積法(CVD)、物理気相堆積法(PVD)、原子層堆積法(ALD)又はそれらの組み合わせといった当技術分野において知られている好適な堆積プロセスによって形成できる。誘電体層230は、酸化ケイ素、リンシリケートガラス(PSG)、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素又はこれらの組み合わせといった酸化物材料又は窒化物材料を含有することができる。誘電体層230は、その上に形成される層のための支持表面となる。誘電体層230は電気的絶縁を与える。より詳細には、図示した実施形態では、基材210は、上述のように、比較的導電性の「低濃度ドープシリコン基材」である。基材210のこの比較的高い導電性は、トランスデューサ200を比較的高い電圧、例えば約60ボルト〜約200ボルトDCの励起電圧でパルスした場合に問題となることがある。これは、トランスデューサ200の下部電極(以下でより詳細に説明する)がシリコン基材210と直接接触することは望ましくないことを意味する。本発明の様々な態様によれば、誘電体層230は、シリコン基材210の比較的導電性の表面からトランスデューサ230の下部電極を絶縁するのに役立つ。   A dielectric layer 230 is formed on the surfaces 212 and 214 of the substrate 210. Dielectric layer 230 is used in the art such as thermal oxidation, low temperature oxide deposition, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), atomic layer deposition (ALD), or combinations thereof. It can be formed by any known suitable deposition process. The dielectric layer 230 can contain an oxide material or a nitride material such as silicon oxide, phosphorus silicate glass (PSG), silicon nitride, silicon oxynitride, or combinations thereof. Dielectric layer 230 provides a support surface for the layers formed thereon. The dielectric layer 230 provides electrical insulation. More specifically, in the illustrated embodiment, substrate 210 is a “lightly doped silicon substrate” that is relatively conductive, as described above. This relatively high conductivity of the substrate 210 can be problematic when the transducer 200 is pulsed with a relatively high voltage, for example, an excitation voltage of about 60 volts to about 200 volts DC. This means that it is undesirable for the bottom electrode of the transducer 200 (described in more detail below) to be in direct contact with the silicon substrate 210. In accordance with various aspects of the present invention, the dielectric layer 230 serves to insulate the bottom electrode of the transducer 230 from the relatively conductive surface of the silicon substrate 210.

次に、導電層240(すなわち、下部電極)が誘電体層230に形成される。導電層240は、スパッタリング、蒸着、CVD、PVD、ALDなどの好適な堆積プロセスによって形成できる。図示した実施形態では、導電層240は、金属又は複数の金属材料を含む。例えば、金属又は複数の金属材料としては、チタン、クロム、金、アルミニウム、白金又はそれらの組合せが挙げられる。   Next, a conductive layer 240 (ie, a lower electrode) is formed on the dielectric layer 230. The conductive layer 240 can be formed by a suitable deposition process such as sputtering, evaporation, CVD, PVD, ALD, or the like. In the illustrated embodiment, the conductive layer 240 includes a metal or a plurality of metallic materials. For example, the metal or metal materials include titanium, chromium, gold, aluminum, platinum, or combinations thereof.

図3を参照すると、導電層240は、リフトオフ又はフォトリソグラフィープロセスでの技術を使用してパターニングされる。導電層240の不要部分は、プロセスの一部として除去される。いくつかの実施形態では、導電層は、パターンを創り出すために、シャドーマスクを用いて堆積できる。   Referring to FIG. 3, the conductive layer 240 is patterned using techniques in a lift-off or photolithography process. Unnecessary portions of the conductive layer 240 are removed as part of the process. In some embodiments, the conductive layer can be deposited using a shadow mask to create a pattern.

次いで、誘電体層230及び導電層240に圧電体フィルム250が形成される。様々な実施形態では、圧電体フィルム250は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)又はその共重合体、ポリフッ化ビニリデン・トリフルオロエチレン(PVDF・TrFE)又はポリフッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン(PVDF・TFE)などの圧電材料を含むことができる。あるいは、PVDF・CTFE及びPVDF・CFEなどの重合体又はゾル・ゲル形成圧電材料を使用することができる。図示した実施形態では、圧電体フィルム250に用いられる圧電材料は、PVDF・TrFEを含有する。   Next, the piezoelectric film 250 is formed on the dielectric layer 230 and the conductive layer 240. In various embodiments, the piezoelectric film 250 is made of polyvinylidene fluoride (PVDF) or a copolymer thereof, polyvinylidene fluoride / trifluoroethylene (PVDF / TrFE), polyvinylidene fluoride / tetrafluoroethylene (PVDF / TFE), or the like. The piezoelectric material can be included. Alternatively, polymers such as PVDF · CTFE and PVDF · CFE or sol-gel-forming piezoelectric materials can be used. In the illustrated embodiment, the piezoelectric material used for the piezoelectric film 250 contains PVDF · TrFE.

圧電体フィルム250をパターニングして所望の形状、例えば、図3に示されている形状を達成する。圧電体フィルム250の不要部分は、パターニングプロセスで除去される。その結果、誘電体層230及び導電層240の部分が露出される。単純化するため、図3は、パターン化された後の圧電体フィルム250しか示していない。   The piezoelectric film 250 is patterned to achieve a desired shape, for example, the shape shown in FIG. Unnecessary portions of the piezoelectric film 250 are removed by a patterning process. As a result, portions of the dielectric layer 230 and the conductive layer 240 are exposed. For simplicity, FIG. 3 shows only the piezoelectric film 250 after it has been patterned.

本実施形態では、圧電体フィルム250は、上部電極を形成するための堆積を可能にするように面取部を形成させるような方法でエッチングされる。面取部は、それ自体が図3の断面図に示される台形の側壁として示すことができる。面取部は、導電層270を不連続の可能性の低い圧電体フィルム250に堆積させるのを可能にする。また、いくつかの実施形態では、圧電体フィルム250が導電層240にさらに粘着しやすくするように接着促進層(本明細書に示さない)を圧電体フィルム250と導電層240との間に形成することができると解される。接着促進層の一実施形態は、2012年12月21日に出願された、「Methods and Apparatus for Focusing Miniature Ultrasound Transducers」という発明の名称の米国仮出願61/745212号(Dylan Van Hoven、代理人整理番号44755.1061)に詳しく記載されている。   In this embodiment, the piezoelectric film 250 is etched in such a way as to form a chamfer so as to allow deposition to form the upper electrode. The chamfer can be shown as a trapezoidal side wall as shown in the cross-sectional view of FIG. The chamfer allows the conductive layer 270 to be deposited on the piezoelectric film 250 that is unlikely to be discontinuous. Also, in some embodiments, an adhesion promoting layer (not shown herein) is formed between the piezoelectric film 250 and the conductive layer 240 so that the piezoelectric film 250 is more easily adhered to the conductive layer 240. It is understood that you can. One embodiment of an adhesion promoting layer is disclosed in US Provisional Application No. 61/74512 (Dylan Van Hoven, Dylan Van Hoven, filed Dec. 21, 2012, entitled “Methods and Apparatus for Focusing Miniature Ultratransducers”). No. 44755.106).

ここで図4を参照すると、導電層270(すなわち、上部電極)は、当該分野で知られている好適な堆積プロセスを使用して圧電体フィルム250に形成される。図示した実施形態では、導電層270は、チタン、クロム、金、アルミニウム、白金又はそれらの組み合わせなどの金属又は複数の金属材料を含む。その堆積後に、導電層270は、フォトリソグラフィープロセスでの技術を使用してパターニングされる。導電層270の不要部分は、フォトリソグラフィープロセスの一環として除去される。簡単にするため、図4は、パターン化された後の導電層270を示すにすぎない。   Referring now to FIG. 4, the conductive layer 270 (ie, the top electrode) is formed on the piezoelectric film 250 using a suitable deposition process known in the art. In the illustrated embodiment, the conductive layer 270 includes a metal or metal materials such as titanium, chromium, gold, aluminum, platinum, or combinations thereof. After its deposition, the conductive layer 270 is patterned using techniques in a photolithography process. Unnecessary portions of the conductive layer 270 are removed as part of the photolithography process. For simplicity, FIG. 4 only shows the conductive layer 270 after it has been patterned.

導電層240及び270と圧電層250(及び接着促進層(これを使用する実施形態))をまとめてトランスデューサ膜とみなすことができる。パッド金属を形成して導電層240及び/又は270に電気的接続を確立することもできると解されるが、これらのパッド金属は、単純化の目的でここには示されていない。   The conductive layers 240 and 270 and the piezoelectric layer 250 (and the adhesion promoting layer (embodiment in which it is used)) can be collectively considered as a transducer film. It will be appreciated that pad metals may be formed to establish electrical connections to the conductive layers 240 and / or 270, but these pad metals are not shown here for purposes of simplicity.

導電層270(すなわち、上部電極)の堆積に関連する潜在的な問題は、堆積した導電層270に不連続が存在する可能性があることである。例えば、図5を参照すると、導電層270中における例示の不連続275が示されている。上述のように、圧電体フィルム250は、このような不連続275を避けるために部分的に面取部を有するように形成される。それにもかかわらず、金属堆積プロセスにおける限界及び他の不備により、依然として1以上の不連続275をもたらす場合がある。不連続275は、電気的開放状態を引き起こす可能性がある。言い換えれば、導電層270は、不連続275のため目的の外部機器に電気的に接続できない。これは、トランスデューサ200への完全な電気的アクセスを妨げる場合がある。   A potential problem associated with the deposition of conductive layer 270 (ie, the top electrode) is that there may be discontinuities in the deposited conductive layer 270. For example, referring to FIG. 5, an exemplary discontinuity 275 in the conductive layer 270 is shown. As described above, the piezoelectric film 250 is formed to have a chamfered part in order to avoid such discontinuity 275. Nevertheless, limitations and other deficiencies in the metal deposition process may still result in one or more discontinuities 275. The discontinuity 275 can cause an electrical open condition. In other words, the conductive layer 270 cannot be electrically connected to a target external device due to the discontinuity 275. This may prevent full electrical access to the transducer 200.

本発明の様々な態様によれば、不連続275によって引き起こされる問題は、ステップ金属部材を使用して解決できる。ステップ金属は、スパッタリング、蒸着、CVD、PVD、ALDなどの好適な堆積プロセス、その後のリフトオフ又はフォトリソグラフィーパターンプロセスによって形成できる。ステップ金属の形成を以下図6〜9を参照して説明する。   According to various aspects of the present invention, the problem caused by the discontinuity 275 can be solved using a step metal member. The step metal can be formed by a suitable deposition process such as sputtering, evaporation, CVD, PVD, ALD, followed by a lift-off or photolithography pattern process. The formation of the step metal will be described below with reference to FIGS.

図6を参照すると、導電層270を含めてトランスデューサ200にわたってフォトレジスト材料280がコーティングされている。   Referring to FIG. 6, a photoresist material 280 is coated over the transducer 200 including the conductive layer 270.

図7を参照すると、フォトレジスト材料280内に開口部285が形成される。開口部285は、導電層270の側壁の一部(すなわち、圧電体フィルム250の側壁に形成された上部電極の一部)を露出させるのに十分な幅となるように構成されている。不連続275が存在する場合には、開口部285は、不連続275を同様に露出させる。   Referring to FIG. 7, openings 285 are formed in the photoresist material 280. The opening 285 is configured to have a width sufficient to expose a part of the side wall of the conductive layer 270 (that is, a part of the upper electrode formed on the side wall of the piezoelectric film 250). If there is a discontinuity 275, the opening 285 exposes the discontinuity 275 as well.

図8を参照すると、開口部285にステップ金属部材290が形成される。ステップ金属部材290は、導電層270と実質的に同様の材料組成を有する。言い換えれば、図示した実施形態では、ステップ金属部材290は、チタン、クロム、金、アルミニウム又はこれらの組み合わせなどの1種以上の金属を含む。ステップ金属部材290は、垂直寸法295及び横方向又は水平方向寸法296を有するように形成される。いくつかの実施形態では、垂直寸法295は約0.5μm〜約2μmの範囲であり、横方向寸法296は約30μm〜約100μmの範囲である。   Referring to FIG. 8, a step metal member 290 is formed in the opening 285. Step metal member 290 has a material composition substantially similar to that of conductive layer 270. In other words, in the illustrated embodiment, the step metal member 290 includes one or more metals such as titanium, chromium, gold, aluminum, or combinations thereof. Step metal member 290 is formed to have a vertical dimension 295 and a lateral or horizontal dimension 296. In some embodiments, the vertical dimension 295 ranges from about 0.5 μm to about 2 μm and the lateral dimension 296 ranges from about 30 μm to about 100 μm.

図9を参照すると、フォトレジスト材料280は、例えばフォトレジスト剥離プロセスにより除去される。ステップ金属部材290は、導電層270(上部電極)の側壁を覆う。不連続275などの任意の不連続が導電層270に存在する場合には、ステップ金属290は不連続を「遮蔽する」ことになることが分かる。別の言い方をすれば、ステップ金属290は、実際には、不連続により分離された導電層270のセグメントのためのブリッジとして機能する。結果として、ステップ金属290により導電層270全体を通じて電気的連続性が維持される。   Referring to FIG. 9, the photoresist material 280 is removed, for example, by a photoresist strip process. The step metal member 290 covers the side wall of the conductive layer 270 (upper electrode). It can be seen that if any discontinuity is present in the conductive layer 270, such as discontinuity 275, the step metal 290 will "shield" the discontinuity. In other words, the step metal 290 actually functions as a bridge for segments of the conductive layer 270 separated by discontinuities. As a result, electrical continuity is maintained throughout the conductive layer 270 by the step metal 290.

ステップ金属部材290は、導電層270の側壁に形成されることが分かる。というのは、導電層270の側壁は、不連続が発生する可能性のある導電層270のセグメントであると認められているからである。しかし、別の実施形態では、ステップ金属部材290(又はそれと同様の他の部材)は、導電層270の他の領域にわたって形成するように構成できる(これらの領域も不連続を含む可能性があると認められる場合に)。   It can be seen that the step metal member 290 is formed on the sidewall of the conductive layer 270. This is because the sidewalls of the conductive layer 270 are recognized as segments of the conductive layer 270 where discontinuities can occur. However, in another embodiment, the step metal member 290 (or other similar member) can be configured to form over other regions of the conductive layer 270 (these regions can also include discontinuities). ).

ステップ金属部材290に加えて(又はその代わりに)、本発明は、以下、図10〜14を参照してより詳細に説明するように、上記不連続の問題に対処するために金属ビアを形成することができる。一貫性及び明瞭性の理由から、図2〜9及び10〜14に見られる同一又は類似の構成要素は、同じ表示である。   In addition to (or instead of) the step metal member 290, the present invention forms metal vias to address the above discontinuity problem, as will be described in more detail below with reference to FIGS. can do. For reasons of consistency and clarity, identical or similar components found in FIGS. 2-9 and 10-14 are labeled the same.

図10を参照すると、誘電体層230(図2について上述した)が基材210に形成される。次いで、導電層240(図2について上述した)が誘電体層230に形成される。   Referring to FIG. 10, a dielectric layer 230 (described above with respect to FIG. 2) is formed on the substrate 210. A conductive layer 240 (described above with respect to FIG. 2) is then formed on the dielectric layer 230.

図11を参照すると、導電層240は、別々のセグメント:セグメント240及びセグメント245にパターニングされる。セグメント240は、トランスデューサ200の下部電極として機能し、以下、下部電極240Aという。セグメント245は、トランスデューサ200の上部電極の底部として機能し、以下、上部電極セグメント245という。次いで、下部電極240Aの一部及び上部電極セグメント245の一部にわたって圧電体フィルム250が形成される。前述のように、圧電体フィルム250は、PVDF材料又は他の好適な重合体材料を含有することができる。   Referring to FIG. 11, conductive layer 240 is patterned into separate segments: segment 240 and segment 245. The segment 240 functions as a lower electrode of the transducer 200 and is hereinafter referred to as a lower electrode 240A. The segment 245 functions as the bottom of the upper electrode of the transducer 200 and is hereinafter referred to as the upper electrode segment 245. Next, the piezoelectric film 250 is formed over part of the lower electrode 240 </ b> A and part of the upper electrode segment 245. As described above, the piezoelectric film 250 can contain PVDF material or other suitable polymeric material.

図12を参照すると、圧電体フィルム250は、ビアによりセグメント245にパターニングされる。このビアは、圧電体膜をこの断面図において2つ別個の構成部分250A及び250Bに分離する。いくつかの実施形態では、構成部分250Aは、上部電極セグメント245上に形成され、構成部分250Bは下部電極240A上に形成される。しかし、異なる実施形態では、これは必ずしもそうであるとは限らない。前述のように、電極の不連続の問題を軽減するために、構成部分250A及び250Bの両方は、面取部を有するように形成される。   Referring to FIG. 12, the piezoelectric film 250 is patterned into segments 245 by vias. This via separates the piezoelectric film into two separate components 250A and 250B in this cross-sectional view. In some embodiments, component 250A is formed on upper electrode segment 245 and component 250B is formed on lower electrode 240A. However, in different embodiments this is not necessarily the case. As described above, in order to alleviate the problem of electrode discontinuities, both components 250A and 250B are formed with chamfers.

図13を参照すると、圧電構成部分250A及び250Bにわたって導電層270が形成される。導電層270は、チタン、クロム、金、アルミニウム、白金又はそれらの組み合わせなどの金属又は複数の金属を含有する。導電層270は、トランスデューサ200の上部電極の頂部として機能し、以下、上部電極セグメント270という。   Referring to FIG. 13, a conductive layer 270 is formed over the piezoelectric components 250A and 250B. The conductive layer 270 contains a metal or a plurality of metals such as titanium, chromium, gold, aluminum, platinum, or a combination thereof. The conductive layer 270 functions as the top of the upper electrode of the transducer 200 and is hereinafter referred to as the upper electrode segment 270.

図13に示すように、上部電極セグメント270の部分270Aが上部電極セグメント245上に形成される。この部分270Aをビア270Aということができる。実際には、ビア270Aは、上部電極セグメント270(すなわち、上部電極の頂部)と上部電極セグメント245(すなわち、上部電極の底部)との間の接触面を増加させる。結果として、上部電極には不連続が現れにくくなる。   As shown in FIG. 13, a portion 270 </ b> A of the upper electrode segment 270 is formed on the upper electrode segment 245. This portion 270A can be referred to as a via 270A. In practice, via 270A increases the contact surface between upper electrode segment 270 (ie, the top of the upper electrode) and upper electrode segment 245 (ie, the bottom of the upper electrode). As a result, discontinuities are less likely to appear in the upper electrode.

追加の処理工程を実行して、トランスデューサ200の製造を完了させることができる。例えば、裏側214から基材210に開口部又はウェルをエッチングすることができる。開口部又はウェルにエポキシなどの裏当材料を充填することができる。また、図14に示すように、トランスデューサ膜を円弧状に変形させることもできる(例えば空気圧を加えることによって)。これらの追加処理工程は、2012年12月21日に出願された、「Methods and Apparatus for Focusing Miniature Ultrasound Transducers」という発明の名称の米国仮出願61/745212号(Dylan Van Hoven、代理人整理番号44755.1061)に詳しく記載されている。   Additional processing steps may be performed to complete the manufacture of transducer 200. For example, an opening or well can be etched from the back side 214 to the substrate 210. The openings or wells can be filled with a backing material such as epoxy. Further, as shown in FIG. 14, the transducer film can be deformed into an arc shape (for example, by applying air pressure). These additional processing steps are described in US Provisional Application No. 61/74552 (Dylan Van Hoven 75, Dylan Van Hoven75, filed on Dec. 21, 2012, entitled "Methods and Apparatus for Focusing Miniature Transducers"). 1061).

図15は、図8〜9を参照して上述したステップ金属部材290の実施形態を示すトランスデューサ200の部分の単純化概略平面図である。一貫性及び明確性のために、同様の構成要素は図8〜9及び図15において同じものを示す。前述のように、圧電体フィルム250は、符号300で示される面取部を有するように形成され、良好な電極の連続性を可能にする。上部電極270のセグメントは、面取部300にまたがる。ステップ金属部材290を面取部300上に形成して上部電極270の電気的連続性を確保する。   FIG. 15 is a simplified schematic plan view of a portion of the transducer 200 illustrating the embodiment of the step metal member 290 described above with reference to FIGS. For the sake of consistency and clarity, similar components will show the same in FIGS. As described above, the piezoelectric film 250 is formed so as to have a chamfered portion denoted by reference numeral 300, and enables good electrode continuity. The segment of the upper electrode 270 spans the chamfer 300. A step metal member 290 is formed on the chamfered portion 300 to ensure electrical continuity of the upper electrode 270.

図16Aは、図13を参照して上述したビア270Aの実施形態を示すトランスデューサ200の部分の単純化概略平面図である。一貫性及び明確性の理由で、同様の構成要素は、図13及び16Aにおいて同じものを示す。図13の断面図は、図16Aの上面図において点AからA’の断面をとることによって得られる。示されるように、ビア270Aは、上部電極270の頂部セグメントと上部電極の下部セグメント(図16Aでは見えない)との間の接触表面積を効果的に増大させ、これにより不連続のリスクを軽減させる。   FIG. 16A is a simplified schematic plan view of a portion of transducer 200 illustrating the embodiment of via 270A described above with reference to FIG. For reasons of consistency and clarity, similar components show the same in FIGS. 13 and 16A. The cross-sectional view of FIG. 13 is obtained by taking a cross-section from point A to A ′ in the top view of FIG. 16A. As shown, via 270A effectively increases the contact surface area between the top segment of top electrode 270 and the bottom segment of the top electrode (not visible in FIG. 16A), thereby reducing the risk of discontinuity. .

また、いくつかの実施形態では、ステップ金属部材290及びビア270Aをトランスデューサ200に実装して電極の連続性をさらに改善させることができることも分かる。   It will also be appreciated that in some embodiments, step metal members 290 and vias 270A can be implemented in transducer 200 to further improve electrode continuity.

図16B〜16Eは、上記ビアの別の実施形態の概略上面図を示す。例えば、図16Bに示される実施形態は、ビア蛇行大型パッチを示す。図16Cに示される実施形態は、ビア蛇行小型パッチを示す。図16Dに示される実施形態は、ビア脂肪大型パッチを示す。図16Eに示される実施形態は、ビア脂肪小型パッチを示す。しかし、実施形態にかかわらず、大型のものは、上部電極のための接触表面積を増大させ、電極の不連続の問題を軽減するものと解される。   16B-16E show schematic top views of another embodiment of the via. For example, the embodiment shown in FIG. 16B shows a via serpentine large patch. The embodiment shown in FIG. 16C shows a via serpentine miniature patch. The embodiment shown in FIG. 16D shows a via fat large patch. The embodiment shown in FIG. 16E shows a via fat minipatch. However, regardless of the embodiment, it is understood that the larger one increases the contact surface area for the upper electrode and reduces the problem of electrode discontinuity.

図17は、本発明の様々な形態に係る超音波トランスデューサの製造方法500のフローチャートである。この方法は、基材を準備する工程510を含む。基材は、第1側及び該第1側とは反対の第2側を有する。いくつかの実施形態では、基材は、ケイ素を含有する。   FIG. 17 is a flowchart of an ultrasonic transducer manufacturing method 500 in accordance with various aspects of the present invention. The method includes a step 510 of preparing a substrate. The substrate has a first side and a second side opposite to the first side. In some embodiments, the substrate contains silicon.

方法500は、誘電体層を基材の第1側に形成させる工程520を含む。いくつかの実施形態では、誘電体層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素又はオキシ窒化ケイ素を含むことができる。   Method 500 includes forming 520 a dielectric layer on the first side of the substrate. In some embodiments, the dielectric layer can include silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride.

方法500は、下部電極を基材の全面に形成させる工程530を含む。下部電極は、チタン、クロム、金、アルミニウム又はそれらの組み合わせなどの金属又は複数の金属材料を含有することができる。下部電極をパターニングすることができる。   Method 500 includes a step 530 of forming a lower electrode over the entire surface of the substrate. The lower electrode can contain a metal or a plurality of metal materials such as titanium, chromium, gold, aluminum or combinations thereof. The lower electrode can be patterned.

方法500は、圧電素子を下部電極にわたって形成させる工程540を含む。圧電素子は面取側壁を有する。いくつかの実施形態では、圧電素子は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン・トリフルオロエチレン(PVDF・TrFE)、ポリフッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン(PVDF・TFE)又はゾル・ゲル形成圧電材料を含有する。   Method 500 includes forming 540 a piezoelectric element across the bottom electrode. The piezoelectric element has a chamfered side wall. In some embodiments, the piezoelectric element comprises polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride / trifluoroethylene (PVDF / TrFE), polyvinylidene fluoride / tetrafluoroethylene (PVDF / TFE), or a sol-gel-forming piezoelectric material. Containing.

方法500は、上部電極を圧電素子にわたって形成させる工程550を含む。上部電極は、チタン、クロム、金、アルミニウム又はそれらの組み合わせなどの金属又は複数の金属材料を含有することができる。いくつかの実施形態では、上部電極は、圧電素子の上面に配置された頂部セグメントと、基材にわたって配置され、該頂部セグメントとは非平面の底部セグメントと、該底部セグメントに該頂部セグメントを結合させるビアとを備えるように形成される。ビアは、底部セグメント上に直接配置できる。ビアは、上部電極の凹部を含むことができる。   Method 500 includes forming 550 an upper electrode across the piezoelectric element. The top electrode can contain a metal or a plurality of metallic materials such as titanium, chromium, gold, aluminum or combinations thereof. In some embodiments, the top electrode is disposed over the substrate, a top segment disposed on the top surface of the piezoelectric element, the top segment being a non-planar bottom segment, and coupling the top segment to the bottom segment And vias to be formed. Vias can be placed directly on the bottom segment. The via can include a recess in the upper electrode.

方法500は、ステップ金属部材を圧電素子の面取側壁上にある上部電極の一部にわたって形成させる工程560を含む。ステップ金属部材及び上部電極は、実質的に同様の材料組成を有する。   The method 500 includes a step 560 of forming a step metal member over a portion of the upper electrode on the chamfered sidewall of the piezoelectric element. The step metal member and the upper electrode have substantially the same material composition.

方法500は、ウェルを基材内に第2側から形成する工程570を含む。ウェルは、エッチング工程によって形成できる。いくつかの実施形態では、ウェルは、エッチングが誘電体層で停止するように形成される。他の実施形態では、ウェルは、誘電体層もエッチングされ、エッチングが基材の下面で停止するように形成される。   The method 500 includes forming 570 a well in the substrate from the second side. The well can be formed by an etching process. In some embodiments, the well is formed such that etching stops at the dielectric layer. In other embodiments, the well is formed such that the dielectric layer is also etched and etching stops at the lower surface of the substrate.

方法500は、ウェルに裏打ち材料を充填する工程580を含む。いくつかの実施形態では、裏打ち材料はエポキシ材料を含む。   The method 500 includes a step 580 of filling the well with a backing material. In some embodiments, the backing material comprises an epoxy material.

方法500は、上部電極、圧電素子及び下部電極(集合的にトランスデューサ膜を構成する)を、ウェルにわたって配置されたトランスデューサ膜の一部が円弧形状を有するように変形させる工程590を含む。   Method 500 includes deforming 590 an upper electrode, a piezoelectric element, and a lower electrode (collectively constituting a transducer film) such that a portion of the transducer film disposed across the well has an arc shape.

上記工程のいくつかは、異なる順序で実行できると理解されたい。また、追加の製造工程を実行してトランスデューサの製造を完了させることができることも理解されたい。しかしながら、これらの追加の製造工程は、簡略化の理由のために本明細書では説明しない。   It should be understood that some of the above steps can be performed in a different order. It should also be understood that additional manufacturing steps can be performed to complete the manufacture of the transducer. However, these additional manufacturing steps are not described herein for reasons of simplicity.

当業者であれば、上記装置、システム及び方法を様々に変更できることが分かるであろう。したがって、当業者であれば、本発明に包含される実施形態が上記特定の例示的実施形態に限定されるものではないことが分かるであろう。この点に関し、例示的な実施形態を示しかつ説明してきたが、広範囲の修正、変更及び置換が上記開示において意図される。このような変形は、本発明の範囲から逸脱することなく、上記事項になされ得ると解される。したがって、請求の範囲は広くかつ本発明と一致する態様で解釈すべきことが適当である。   Those skilled in the art will appreciate that the apparatus, system and method can be varied in many ways. Accordingly, those skilled in the art will appreciate that the embodiments encompassed by the present invention are not limited to the specific exemplary embodiments described above. Although exemplary embodiments have been shown and described in this regard, a wide range of modifications, changes and substitutions are contemplated in the above disclosure. It is understood that such modifications can be made to the above items without departing from the scope of the present invention. Accordingly, it is appropriate that the appended claims be construed broadly and in a manner consistent with the present invention.

100 超音波画像化システム
102 IVUSカテーテル
104 患者インターフェースモジュール
106 IVUS制御システム
108 モニタ
110 シース
122 トランスデューサアセンブリ
200 トランスデューサ
210 基材
212 表面
214 表面
220 初期厚み
230 誘電体層
240 導電層
250 圧電体フィルム
270 導電層
270A ビア
275 不連続
280 フォトレジスト材料
285 開口部
290 ステップ金属部材
295 垂直寸法
296 横方向又は水平方向寸法
100 Ultrasound Imaging System 102 IVUS Catheter 104 Patient Interface Module 106 IVUS Control System 108 Monitor 110 Sheath 122 Transducer Assembly 200 Transducer 210 Substrate 212 Surface 214 Surface 220 Initial Thickness 230 Dielectric Layer 240 Conductive Layer 250 Piezoelectric Film 270 Conductive Layer 270A Via 275 Discontinuous 280 Photoresist material 285 Opening 290 Step metal member 295 Vertical dimension 296 Lateral or horizontal dimension

Claims (29)

マイクロ機械加工超音波トランスデューサであって、
基材と、
該基材に配置された下部電極と、
該下部電極に配置された圧電素子と、
該圧電素子の上面及び側壁に少なくとも配置された上部電極と、
該上部電極の側壁に配置されたステップ金属部材と
を備えるマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。
A micromachined ultrasonic transducer,
A substrate;
A lower electrode disposed on the substrate;
A piezoelectric element disposed on the lower electrode;
An upper electrode disposed at least on an upper surface and a side wall of the piezoelectric element;
A micromachined ultrasonic transducer comprising a step metal member disposed on a side wall of the upper electrode.
前記ステップ金属部材と前記上部電極とが実質的に同様の材料組成を有する、請求項1に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。   The micromachined ultrasonic transducer of claim 1, wherein the step metal member and the upper electrode have substantially similar material compositions. 前記圧電素子が面取部を有する、請求項1に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。   The micromachined ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the piezoelectric element has a chamfer. 前記基材中に配置されるウェルをさらに備える、請求項1に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。   The micromachined ultrasonic transducer of claim 1, further comprising a well disposed in the substrate. 前記ウェルに裏打ち材料が少なくとも部分的に充填されている、請求項4に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。   The micromachined ultrasonic transducer of claim 4, wherein the well is at least partially filled with a backing material. 前記上部電極、前記下部電極及び前記ウェルにわたって配置された前記圧電素子の部分がそれぞれ円弧形状を有する、請求項4に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。   The micromachined ultrasonic transducer according to claim 4, wherein portions of the piezoelectric element disposed over the upper electrode, the lower electrode, and the well each have an arc shape. 前記基材と少なくとも前記下部電極との間に配置された誘電体層をさらに備える、請求項1に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。   The micromachined ultrasonic transducer of claim 1, further comprising a dielectric layer disposed between the substrate and at least the lower electrode. 前記圧電素子がポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン・トリフルオロエチレン(PVDF・TrFE)又はポリフッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン(PVDF・TFE)を含有する、請求項1に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。   The micromachined super-machine according to claim 1, wherein the piezoelectric element comprises polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride / trifluoroethylene (PVDF / TrFE) or polyvinylidene fluoride / tetrafluoroethylene (PVDF / TFE). Sonic transducer. 前記上部電極が
前記圧電素子の上面に配置された頂部セグメントと、
前記基材にわたって配置され、該頂部セグメントとは非平面の底部セグメントと、
該底部セグメントに該頂部セグメントを結合させるビアと
を備える、請求項1に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。
A top segment in which the upper electrode is disposed on an upper surface of the piezoelectric element;
Disposed over the substrate, the top segment being a non-planar bottom segment;
The micromachined ultrasonic transducer of claim 1, comprising a via that couples the top segment to the bottom segment.
前記ビアが前記底部セグメント上に直接配置された、請求項9に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。   The micromachined ultrasonic transducer of claim 9, wherein the via is disposed directly on the bottom segment. 前記ビアが前記上部電極の凹部を含む、請求項9に記載のマイクロ機械加工超音波トランスデューサ。   The micromachined ultrasonic transducer of claim 9, wherein the via includes a recess in the upper electrode. 次のものを備える超音波システム:
可撓性細長部材と、該細長部材の遠位端部に連結された圧電マイクロ機械加工超音波トランスデューサ(PMUT)とを含む画像化部品、ここで、該PMUTは、
前面と該第1面とは反対側の裏面とを有する基材と、
該基材に配置され、該基材の裏面から該基材の該前面に延在するがただしそれを越えないウェルであって、少なくとも部分的に裏打ち材料が充填されたものと、
該ウェルに配置されたトランスデューサ膜であって、上部電極と下部電極との間に配置された圧電素子を備えるものと、
該圧電素子の側壁に配置されたステップ金属部材と
を備える;
該細長部材の近位端部に係合するように構成されたインターフェースモジュール;及び
該インターフェースモジュールと通信する超音波処理部品。
Ultrasound system with:
An imaging component comprising a flexible elongate member and a piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (PMUT) coupled to the distal end of the elongate member, wherein the PMUT is
A base material having a front surface and a back surface opposite to the first surface;
A well disposed on the substrate and extending from, but not exceeding, the back surface of the substrate, at least partially filled with a backing material;
A transducer film disposed in the well comprising a piezoelectric element disposed between an upper electrode and a lower electrode;
A step metal member disposed on a side wall of the piezoelectric element;
An interface module configured to engage a proximal end of the elongate member; and a sonication component in communication with the interface module.
前記ステップ金属部材と前記上部電極とが実質的に同様の材料組成を有する、請求項12に記載の超音波システム。   The ultrasound system of claim 12, wherein the step metal member and the upper electrode have substantially similar material compositions. 前記圧電素子が面取部を有する、請求項12に記載の超音波システム。   The ultrasonic system according to claim 12, wherein the piezoelectric element has a chamfer. 前記ウェルにわたって配置された前記トランスデューサ膜の部分が円弧形状を有する、請求項12に記載の超音波システム。   The ultrasound system of claim 12, wherein the portion of the transducer membrane disposed across the well has an arc shape. 前記基材と前記下部電極との間に配置された誘電体層をさらに備える、請求項12に記載の超音波システム。   The ultrasound system according to claim 12, further comprising a dielectric layer disposed between the substrate and the lower electrode. 前記圧電素子がポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン・トリフルオロエチレン(PVDF・TrFE)、ポリフッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン(PVDF・TFE)又はゾル・ゲル形成圧電材料を含有する、請求項12に記載の超音波システム。   13. The piezoelectric element comprises polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride / trifluoroethylene (PVDF / TrFE), polyvinylidene fluoride / tetrafluoroethylene (PVDF / TFE) or a sol-gel-forming piezoelectric material. An ultrasonic system as described in. 前記上部電極が
前記圧電素子の上面に配置された頂部セグメントと、
前記基材にわたって配置され、該頂部セグメントとは非平面の底部セグメントと、
該底部セグメントに該頂部セグメントを結合させるビアと
を備える、
請求項12に記載の超音波システム。
A top segment in which the upper electrode is disposed on an upper surface of the piezoelectric element;
Disposed over the substrate, the top segment being a non-planar bottom segment;
Vias for coupling the top segment to the bottom segment;
The ultrasound system according to claim 12.
前記ビアが前記底部セグメント上に直接配置された、請求項18に記載の超音波システム。   The ultrasound system of claim 18, wherein the via is disposed directly on the bottom segment. 前記ビアが前記上部電極の凹部を含む、請求項18に記載の超音波システム。   The ultrasound system of claim 18, wherein the via includes a recess in the upper electrode. 次の工程:
第1側及び該第1側とは反対の第2側を有する基材を準備し;
該基材の第1側に下部電極を形成し;
該下部電極に、面取側壁を有する圧電素子を形成し;
該圧電素子に上部電極を形成し;及び
該圧電素子の該面取側壁に最も近い上部電極の部分にステップ金属部材を形成すること
を含む、超音波トランスデューサを製造する方法。
Next step:
Providing a substrate having a first side and a second side opposite the first side;
Forming a lower electrode on the first side of the substrate;
Forming a piezoelectric element having a chamfered sidewall on the lower electrode;
Forming an upper electrode on the piezoelectric element; and forming a step metal member on the portion of the upper electrode closest to the chamfered sidewall of the piezoelectric element.
前記上部電極、前記圧電素子及び前記下部電極が集合的にトランスデューサ膜を形成し、そして次の工程:
前記基材内に前記第2側からウェルを形成し;及び
該ウェルにわたって配置された該トランスデューサ膜の一部を円弧形状に変形させること
をさらに含む、請求項21に記載の方法。
The upper electrode, the piezoelectric element and the lower electrode collectively form a transducer film and the following steps:
22. The method of claim 21, further comprising forming a well in the substrate from the second side; and deforming a portion of the transducer membrane disposed across the well into an arc shape.
前記ウェルに裏打ち材料を充填することをさらに含む、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, further comprising filling the well with a backing material. 前記下部電極を形成させる前に、前記基材の前記第1側にわたって誘電体層を形成させることをさらに含む、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, further comprising forming a dielectric layer over the first side of the substrate prior to forming the bottom electrode. 前記ステップ金属部材と前記上部電極とが実質的に同様の材料組成を有する、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the step metal member and the top electrode have substantially similar material compositions. 前記圧電素子がポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン・トリフルオロエチレン(PVDF・TrFE)、ポリフッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン(PVDF・TFE)又はゾル・ゲル形成圧電材料を含有する、請求項21に記載の方法。   22. The piezoelectric element comprises polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride / trifluoroethylene (PVDF / TrFE), polyvinylidene fluoride / tetrafluoroethylene (PVDF / TFE) or a sol-gel-forming piezoelectric material. The method described in 1. 前記上部電極を形成する工程を、該上部電極が
前記圧電素子の上面に配置された頂部セグメントと、
前記基材にわたって配置され、該頂部セグメントとは非平面の底部セグメントと、
該底部セグメントに該頂部セグメントを結合させるビアと
を備えるように実施する、請求項21に記載の方法。
Forming the upper electrode, the top segment having the upper electrode disposed on the upper surface of the piezoelectric element;
Disposed over the substrate, the top segment being a non-planar bottom segment;
The method of claim 21, wherein the method is implemented with a via that couples the top segment to the bottom segment.
前記ビアを前記底部セグメント上に直接配置する、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein the via is placed directly on the bottom segment. 前記ビアが前記上部電極の凹部を含む、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein the via includes a recess in the upper electrode.
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